21-中文配音-直观理解升压和降压转换器电路

合集 · 直观理解电子电路系列（中文配音） (34)

Description
本视频为个人学习硬件所收集，为方便快速理解，已将视频原英文配音转成中文，原视频地址为：https://www.youtube.com/watch?v=vwJYIorz_Aw。
文字解说：
假设我们想增加唯一电池的电压。
我们有一个电感器、一个晶体管、一个二极管和一个电容器。
我们还有一个必须为其供电的设备，这里用灯泡表示。
与晶体管栅极的连接未显示，但这是我们控制的电压。
假设我们以某种方式控制栅极电压，使晶体管表现得像一个开关，我们可以打开或关闭它。
如果我们闭合开关，就会导致电感器上出现直流电压。 只要开关闭合，通过电感器的电流就会不断增加。
通过电感器的电流不能瞬时改变。
因此，当我们打开开关时，电感器将产生一个力，导致电流继续流动。
假设我们不断地打开和关闭开关。
通过连续打开和关闭开关，我们在灯泡上产生了高于电池电压的直流输出电压。
我们称之为“升压转换器”。
我们可以通过控制该开关打开的时间百分比来控制灯泡的直流输出电压值。
假设我们一直关闭开关。
100% 关闭时，输出电压将等于电池电压。
如果我们大部分时间都打开开关怎么办？如果开关几乎总是导通，那么假设我们有理想的元件，理论上电流将不断增加到无穷大。 在我们关闭开关的短暂时间内，无限电流会将电容器充电至无限电压。
通过选择开关打开的适当时间百分比，我们可以将输出电压设置为大于电池电压的任何值。
但是，我们需要一个不同的电路来产生小于电池电压的稳态输出电压。
乍一看，这可能看起来很简单，因为这可以通过使用电阻器创建分压器来完成。
但是，问题是我们希望提高效率，而电阻器会将能量以热量的形式耗散。
电阻器中以热量形式损失的任何能量都不会传递到我们想要供电的设备。
如果我们不关心效率，而只是希望能够调整输出电压，我们可以通过这样的电路来实现。
晶体管中以热量形式损失的能量是晶体管两端的电压乘以通过晶体管的电流。
现在，请考虑以下事项。
如果我们操作并将晶体管视为理想开关，那么当开关关闭时，电流为零……而当开关打开时，其两端的电压为零。
因此，从理论上讲，如果晶体管完全“导通”或完全“截止”，而不是介于两者之间，则电压乘以电流始终为零，并且晶体管中没有能量以热量的形式耗散。
但是，如果我们想要 100% 的效率，我们还必须去掉电阻。
假设在这个电路中，我们总是将晶体管作为理想开关来操作。
如果我们不断地打开和关闭开关，灯泡两端的“平均”电压将小于电池的电压，但这只是因为开关打开时灯泡两端的电压为零。
我们可以尝试通过在灯泡两端添加一个电容器来防止电压降至零。
但现在，当我们关闭开关时，我们试图立即改变电容器的电压，这是不可能的。
结果，将流过极大的电流来对电容器充电，这可能会造成相当大的损坏。
我们可以尝试通过添加电阻来减小该电流。
但是，正如我们之前所说，我们不需要电阻器，因为电阻器会以热量的形式耗散能量。
我们可以使用电感器来限制电流，而不是使用电阻器。
理想的电感器不会以热量的形式耗散能量。
但是，由于流过电感的电流不能瞬时变化，即使我们打开开关，电感也会迫使电流继续流过开关，这是一种极其危险的现象。
我们可以通过添加二极管来防止电流流过打开的开关。
二极管将为电流提供不同的流经路径。
我们将该电路称为“降压转换器”。
我们可以通过控制该开关打开的时间百分比来控制灯泡的直流输出电压值。
这使我们能够在灯泡上产生低于电池电压的任何直流电压。
假设我们有理想的元件，该电路将具有 100% 的效率。
这是因为理想电容器、理想电感器和理想开关不会以热量的形式耗散任何能量。
我们将晶体管视为理想的开关。
理想二极管也可以被视为开关。 当二极管阻止电流反向流动时，二极管是“关断开关”；当电流正向流动时，二极管是“导通开关”。
降压转换器使用与升压转换器完全相同的组件，只是排列不同。
当然，在现实世界中，这些组件并不理想，而且它们确实会消耗功率。
因此，为了最大限度地提高效率，实际的电源转换器通常比此处所示的电路更复杂。
但是，基本原理是相同的。
这些基本原理是晶体管作为开关运行。
我们从不尝试立即改变电容器两端的电压。
我们从不尝试立即改变通过电感器的电流。
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